機械設(shè)計基礎(chǔ)-平面機構(gòu)及自由度

1、運動副 構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的(可動)聯(lián)接。 第一節(jié)第一節(jié) 平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成兩構(gòu)件接觸形式點、線接觸高副面接觸 低副一、運動副及分類一、運動副及分類機構(gòu)是具有確定相對運動的構(gòu)件組合，如果機構(gòu)中所有運動部分均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為平面機構(gòu)，否則稱為空間機構(gòu)。 兩構(gòu)件通過面接觸構(gòu)成的運動副。 (1)轉(zhuǎn)動副： 兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動的運動副。(2)移動副：多媒體課件 兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對移動的運動副。平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成鏈接動畫鏈接動畫凸輪副凸輪副齒輪副齒輪副（二）高副：兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副。輪軌高副輪軌高副平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的

2、組成（三）其它：空間運動副球面副球面副螺旋副螺旋副平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成二、二、 運動鏈運動鏈開鏈開鏈閉鏈閉鏈兩個以上的構(gòu)件以運動副連接而成的可動系統(tǒng)。平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成具有確定運動的運動鏈。 固定件(機架):描述運動的參考系三、機構(gòu)1234從動件原動件原動件(輸入構(gòu)件):運動規(guī)律已知的構(gòu)件從動件:其余活動構(gòu)件機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成機架動畫第二節(jié)第二節(jié) 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖分析已有機構(gòu)或設(shè)計新機構(gòu)時，為了使問題簡化，在研究機構(gòu)的運動時，撇開那些與運動無關(guān)的機構(gòu)的外形和運動副的具體結(jié)構(gòu)，僅用簡單的線條和規(guī)定的運動副符號來表示機構(gòu)和運動副，并按比例畫出各

3、運動副的相對位置。這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡明圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。運動關(guān)系的簡明圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副一、平面機構(gòu)的表示方法平面運動副的表示平面低副的表示平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖平面高副的表示平面高副的表示凸輪高副凸輪高副齒輪高副齒輪高副平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖構(gòu)件的表示方法平面低副構(gòu)件的表示：用簡單的線條表示平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副機機 架架 移動副移動副平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖齒輪副凸輪副平面高副構(gòu)件的表示：畫出構(gòu)件的輪廓來表示圓柱齒輪圓柱齒輪錐齒輪錐齒輪蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿平面機構(gòu)運動

4、簡圖平面機構(gòu)運動簡圖二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制繪制平面機構(gòu)運動簡圖的步驟：1. 分析機構(gòu)的運動，找出機架、原動件、執(zhí)行件和傳動件。2. 沿著運動傳遞路線，逐一分析各構(gòu)件間的相對運動性質(zhì)，確定各運動副的類型和數(shù)目。3. 測量構(gòu)件的運動尺寸，選擇視圖平面和比例尺。4. 選擇原動件的一個位置，采用構(gòu)件和運動副的規(guī)定符號按比例作圖。平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖顎式破碎機例 繪制右圖顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖。 解：1.分析運動,寫出傳動路線，并確定各構(gòu)件間構(gòu)成的運動副的類型。機架1偏心輪(原動件)轉(zhuǎn)動副A動顎3(執(zhí)行件)B轉(zhuǎn)動副肋板轉(zhuǎn)動副C機架1D轉(zhuǎn)動副平面機構(gòu)運動簡圖平面

5、機構(gòu)運動簡圖2.選擇視圖平面 選構(gòu)件的運動平面為視平面。3.確定比例尺2圖長實長LABBALmm/mm4.建立直角坐標(biāo)系：以A為原點。xy5.確定各構(gòu)件的相對位置： a.坐標(biāo)法b.幾何關(guān)系法6.畫出各構(gòu)件間的運動副標(biāo) 出原動件的運動方向。A平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖DBC例如圖所示單缸內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖動畫動畫平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖自由構(gòu)件作平面運動 三個自由度(三個獨立運動的可能性)自由構(gòu)件作空間運動 六個自由度第三節(jié)運動鏈成為機構(gòu)的條件第三節(jié)運動鏈成為機構(gòu)的條件一、 構(gòu)件的自由度鏈接動畫二、 運動副引入的約束引入兩個兩個約束引入一個一個約束低副高副運動鏈成為機構(gòu)的條件運動

6、鏈成為機構(gòu)的條件三、 平面機構(gòu)的自由度 活動構(gòu)件數(shù)（原動件從動件）低副數(shù)目高副數(shù)目運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件四、 運動鏈成為機構(gòu)的條件 32 23=0 F=033 25=-1 F043 25=2 F w三角形具有穩(wěn)定性，不能動EDC也構(gòu)成三角形，不能動鏈接動畫鏈接動畫運動不確定若若 F=w=2運動確定33 24=1 F w鏈接動畫鏈接動畫構(gòu)件破壞構(gòu)件破壞33 24=1 F= w運動確定運動確定運動鏈具有確定運動的條件是：運動鏈的自由度（）大于零且等于原動件的個數(shù)(W）運動鏈具有確定運動機構(gòu)結(jié)論：(F=0不動；F0 超靜定，F(xiàn) w時破壞；F w運動不確定。）運動鏈成為機構(gòu)的條件運動

7、鏈成為機構(gòu)的條件n=3 ; pL=4 ; pH =0F=3n2PLPH=33240=1有確定運動n=71= 6 , PL = 8 , PH =1 (3與5同一構(gòu)件) F=3n2PLPH=36281 =1原動件 機構(gòu)有確定運動3例 計算下列機構(gòu)的自由度運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件n=2，PL=1，PH=0，F(xiàn)=0n=3，PL=4，PH=0 ，F(xiàn)=1不是機構(gòu)，設(shè)計有誤例 修改手動沖床的設(shè)計減少一個約束增加一個自由度運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件n=2 ，PL=2， PH=1n=3，PL=4， PH=0 ，F(xiàn)=3n2PLPH=1F=3n2PLPH=1運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成

8、為機構(gòu)的條件 兩個以上的構(gòu)件（k個）在同一軸線上用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，其實際轉(zhuǎn)動副數(shù)為k1個。五、計算平面機構(gòu)的自由度時應(yīng)注意的問題1.復(fù)合鉸鏈播放動畫運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件播放動畫F= 3F= 35 52 27 70 0 = 1 = 1運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈某些構(gòu)件的（不影響其他構(gòu)件運動的）獨立的運動 該處的局部自由度可減輕機構(gòu)的摩擦和磨損。但在計算機構(gòu)的自由度時應(yīng)除去局部自由度。具體做法是將滾子與推桿假想焊接后再計算。F= 3F= 33 32 23 31= 2 ?1= 2 ?2.2.局部自由度局部自由度F= 32221= 1運動鏈成為

9、機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件鏈接動畫鏈接動畫對機構(gòu)運動不起限制作用的重復(fù)約束兩構(gòu)件組成多個重復(fù)的運動副 (平行的)移動副、(軸線重合)轉(zhuǎn)動副 F=3223 13.虛約束F=32221 = 1= 1？運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分F=3n2PLPH=34244=0?處理辦法：去掉不起獨立作用的對稱部分鏈接動畫F=3n2PLPH=3323 2 = 1運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件兩構(gòu)件上兩點間的距離保持恒定不變，若用兩轉(zhuǎn)動副桿聯(lián)接，會引入虛約束。F=3n2PLPH=34260=0?F=3n2PLPH

10、=33240=1鏈接動畫BECBEC鏈接動畫解解: n=8， PL=10,PH=1原動件數(shù) F 機構(gòu)運動不確定結(jié)論錯誤！重解：原動件數(shù)= F機構(gòu)有確定運動原動件數(shù)=2n=7， PL=9，PH=1F=3721=2例F=3n2PLPH =382101 =3計算圖示大篩機構(gòu)的自由度，并判斷此機構(gòu)是否具有確定的相對運動復(fù)合鉸鏈虛約束局部自由度鏈接動畫鏈接動畫運動鏈成為機構(gòu)的條件運動鏈成為機構(gòu)的條件坐標(biāo)法坐標(biāo)法1. 量出各機架點的實際坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)化為圖示坐標(biāo)，從而畫出各機架點。AxyD 2. 找出一能清楚看出各構(gòu)件相對位置的瞬時位置并保持不動，量出各運動副的實際坐標(biāo)，轉(zhuǎn)化為圖示坐標(biāo)，并在圖上畫出。運動副瞬時點原坐標(biāo)（mm）圖坐標(biāo)（mm）B（-8，-10）（-4，-5）C（-30，-100）（-15，-50）BC3. 結(jié)合構(gòu)件形狀，確定各構(gòu)件的相對位置。低副構(gòu)件用簡單的線條連接相應(yīng)各點即可；高副構(gòu)件結(jié)合各相應(yīng)點畫出構(gòu)件輪廓即可。機架點原坐標(biāo)（mm） 圖坐標(biāo)（mm）A（0，0）（0，0）D（10，-80）（5，-40）幾何關(guān)系法幾何關(guān)系法1. 量出各機架點的實際坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)化為圖示坐標(biāo)，從而畫出各機架點。機架點原坐標(biāo)（mm）圖坐標(biāo)（mm）A（0，0）（0，0）D（10，-80）（5，-40） 2. 畫出各構(gòu)件端點的軌跡